РОЗДІЛ 2.
ТЕОРІЯ ПОБУДОВИ КОМП'ЮТЕРИЗОВАНИХ СИСТЕМ
КОНТРОЛЮ ГЕОМЕТРИЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОБ'ЄКТІВ
У даному розділі досліджуються питання теорії побудови та технічної реалізації комп'ютеризованих засобів контролю геометричних характеристик об'єктів, зокрема автоматичних координатно-вимірювальних машин. Розглянуто основні методи вимірювання координат поверхонь та алгоритми обробки одержаної інформації. Визначено роль координатних приводів систем контролю геометричних характеристик в забезпеченні необхідної точності і швидкодії проведення вимірювання об'єктів зі складною просторовою поверхнею. Досліджено напрямки підвищення динамічних характеристик приводів та існуючі обмеження в рамках теорії автоматичного керування. Проаналізовано вплив дестабілізуючих факторів на роботу вимірювальних систем, зокрема в умовах дії завад зі спектром білого шуму. Запропоновано застосування цифрових координатних приводів з формуванням складного алгоритму керування рухом вимірювального елемента. Обрано найбільш ефективні прикладні програмні засоби для реалізації нових алгоритмів при комп'ютерному моделюванні та на діючих технічних об'єктах.
2.1. Методи вимірювання координат складних поверхонь з застосуванням автоматичних КВМ
Основними ознаками класифікації процесів підготовки, проведення вимірювань та обробки результатів, є [2]:
- обраний метод координатних вимірювань;
- підготовка інформації, необхідної для проведення вимірювань;
- організація руху виконуючих органів КВМ;
- обробка інформації, одержаної в результаті вимірювань.
Способи вимірювань складних поверхонь (СП) на КВМ засновані на таких методах координатних вимірювань: диференціальному, нульовому та співставлення.
При диференціальному методі виконуючий орган КВМ, що несе вимірювальну головку (ВГ), описує еталонну траєкторію, відповідну заданому контуру деталі. Відхилення розміру сприймаються ВГ і реєструються. Точність вимірювань залежить від погрішності відтворення еталонної траєкторії, заданої програмою.
Нульовий метод і метод співставлення реалізуються з використанням системи стеження за вимірюваною поверхнею. При переміщенні ВГ або контрольованої деталі по одній з координат (ведучій), відстежується положення поверхні деталі за допомогою ВГ шляхом переміщення ВГ або деталі по іншій координаті (ведомій). Режим застосовують при контролі профілів деталей складної форми: кулачків, лопаток турбін, гвинтів, зубчатих коліс, штампів і ін. Метод стеження незамінний при вирішенні задачі отримання геометричної інформації про поверхні, форма яких підбирається експериментально (в авіа- та
автомобілебудуванні).
Дискретне стеження за вимірюваною поверхнею передбачає управління рухом ВГ комбіноване (програмне та слідкуюче) і алгоритмічне, здійснюване методом елементарних пошукових траєкторій (ЕПТ). При комбінованому управлінні ВГ програмно виводиться в задану точку, після чого здійснюється перемикання на режим стеження за поверхнею з управлінням приводами від сигналу ВГ. Після зупинки приводів зчитуються координати поверхні в точці вимірювання. Далі ВГ програмно переміщається в наступну контрольну точку і процес повторюється. Комбіноване управління дозволяє досягти високої точності контролю. При алгоритмічному управлінні рух здійснюється по повторюваним ЕПТ, реалізовуваним програмно.
Безперервний обхід вимірюваної поверхні забезпечує отримання більшого об'єму вимірювальної інформації з високою продуктивністю. Складні поверхні задаються набором плоских перетинів, тому основним режимом роботи при безперервному стеженні є режим двокоординатного стеження. Площина стеження може бути паралельною одній з площин КВМ або розташована довільно. В залежності від цього працюють приводи двох або трьох координат: по двох - від системи ЧПК, а по третій - від системи стеження.
2.2. Принцип дії, структурна схема і конструкція автоматичних КВМ
2.2.1. Принцип дії автоматичних КВМ.
Робота КВМ заснована на координатних вимірюваннях, тобто на почерговому вимірюванні координат певного числа точок поверхні деталі і подальших розрахунках лінійних і кутових розмірів, відхилень розміру, форми і розташування у відповідних системах координат. Використовуються три основні системи координат: абсолютна система координат машини (СКМ), відносна система координат машини (СКВ) і система координат деталі (СКД). СКМ утворюють направляючі координатних переміщень і вимірювальні системи КВМ; початок СКМ вибирається довільно. Напрям осей СКВ співпадає з напрямом осей СКМ, а початок суміщається з центром або іншою точкою калібратора (геометричного елементу, нерухомого під час вимірювання). СКВ забезпечує єдність координатних даних при вимірюванні кількома чутливими елементами КВМ, що взаємодіють з вимірюваною поверхнею, у випадку зміни їх параметрів або положення в СКМ. Результати вимірювання представляються в СКД, яка формується шляхом вимірювання положення в СКМ вибраних базових поверхонь деталі. СКД може змінюватися в процесі вимірювання. Всі операції по розрахунку систем координат і трансформації значень координатних даних виконуються за програмою автоматично на основі даних вимірювань, що вводяться в системи координат машини.
Координатні вимірювання реалізуються комплексом апаратурних і програмних засобів. КВМ умовно можна розділити на базову частину, що містить вузли координатних переміщень, вимірювальні перетворювачі (ВП) і вимірювальну головку (ВГ), призначену для безпосереднього вимірювання координат крапок, та управляючий обчислювальний комплекс (УОК) на основі ЕОМ, призначений для керування процесом вимірювання, обробки і представлення даних вимірювання. Габарити, конструкція, точність базової частини в основному визначаються параметрами вимірюваних деталей і умовами експлуатації. Для визначення структури УВК вирішальними є тип ВП і ВГ базової частини КВМ, необхідний ступінь автоматизації вимірювання, показники програмно-математичного забезпечення і вимоги до форми предст